한류리액터

왜 배우는가: 한류리액터는 고장전류를 제한해 차단기의 차단용량을 넘지 않도록 하는 핵심 설비다. 계통 확장으로 단락용량이 커지면 기존 차단기를 교체하지 않고 리액터로 해결하는 경우가 많아 실무에서 자주 검토된다. 시험에서도 구조, 원리, 계산 문제로 반복해 출제된다.

출제 이력: 제117회 2교시 2번, 제111회 1교시 2번, 제104회 4교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

한류리액터는 계통의 고장전류를 리액턴스로 제한하여 차단기의 차단용량 범위 안에서 고장을 차단하게 하는 직렬 리액터이다.

핵심 키워드

• 한류리액터(Current Limiting Reactor)
• 단락전류 제한
• 차단기 차단용량
• 공심리액터(Air-core Reactor)
• 전압강하
• 단락용량
• 정격전압과 공칭전압

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 한류리액터는 전선 사이에 끼우는 코일이다. 평상시에는 전류가 조금 흐르므로 코일의 전압강하도 작지만, 고장이 나서 큰 전류가 흐르면 코일의 리액턴스가 전류를 억제한다.

정식 정의는 다음과 같다. 한류리액터는 송배전선이나 모선 사이에 직렬로 삽입하는 리액터로, 계통 고장 시 증가하는 단락전류를 리액턴스로 제한하는 설비다.

핵심 용어를 풀면 다음과 같다.

• 단락전류 제한: 고장 시 흐르는 전류의 크기를 줄이는 것이다. 제한된 전류가 차단기 차단능력 이하가 되어야 차단기가 고장을 안전하게 끊을 수 있다.
• 차단기 차단용량: 차단기가 끊을 수 있는 최대 전력이다. 차단용량은 정격전압과 단락전류의 곱으로 산정한다.
• 공심리액터(Air-core Reactor): 철심 없이 공기 중에 코일을 감은 리액터다. 철심이 없어 자기포화가 일어나지 않으므로 큰 고장전류에서도 리액턴스가 일정하게 유지된다.

3. 등장 배경과 필요성

전력계통은 발전소와 변전소가 늘어나면서 연계 규모가 커졌다. 그 결과 고장 시 단락용량이 증가하고, 기존 차단기의 차단용량을 넘는 경우가 생긴다. 이때 차단기를 모두 교체하면 비용이 크게 늘어나므로 계통 측에 리액터를 삽입하는 방법이 채택되었다.

또 다른 배경은 모선 분리나 고임피던스 기기 적용의 한계다. 모선을 나누면 계통 안정도가 떨어지고 인접 계통의 과부하가 생긴다. 한류리액터는 평상시 전압강하를 작게 유지하면서 고장 시에만 전류를 제한하므로 이 문제를 줄일 수 있다.

리액터의 리액턴스는 평상시에는 낮게, 고장 시에도 차단기 보호에 필요한 만큼 높게 선정한다. 리액턴스의 크기는 차단기 보호 효과를 결정하며, 계통 임피던스 증가율로 나타난다.

한류리액터가 필요한 경우는 다음과 같다.

• 단락용량이 차단기 정격 차단용량을 초과할 때
• 차단기를 교체하지 않고 계통을 연계할 때
• 대용량 전동기 기동 시 돌입전류를 억제할 때

평상시 전압강하는 작게, 고장 시 리액턴스는 크게 설계하는 것이 기본 원칙이다.

원리 요약

한류리액터의 효과는 옴의 법칙을 교류 임피던스에 적용하여 설명한다. 고장 전류는 전원 전압을 계통 임피던스로 나눈 값이다. 리액터를 추가하면 임피던스가 커지므로 단락전류가 줄어든다.